作者：张同苏
出版社：中国铁道出版社
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自动化生产线安装与调试(三菱FX系列)(第二版)试读：
版权信息书名：自动化生产线安装与调试（三菱FX系列）（第二版）
作者： 张同苏
排版：中国铁道出版社
出版社：中国铁道出版社
出版时间：2017.07
ISBN：978-7-113-23394-5
本书由中国铁道出版社授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。
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本书以历届全国高职院校技能大赛“自动化生产线安装与调试”赛项所指定的竞赛平台为载体，按照项目引领的模式编写，将实施自动化生产线安装与调试相关的知识点和实操技能分解到不同项目中。主要内容包括：自动化生产线核心技术应用，自动化生产线各工作单元安装与调试、系统安装与调试，以及人机界面组态与调试等。本书结构紧凑、图文并茂、层次分明、配套资源丰富，具有很好的可读性、实用性和先进性。
本书适合作为高职高专机电类专业相关课程的实训教材，也可作为应用型本科、职业技能竞赛的相关培训教材，还可作为相关工程技术人员研究自动化生产线的参考书。前言（第二版）
PREFACE
自2008年全国职业院校技能大赛引入“自动化生产线安装与调试”赛项以来，这一综合实训项目不断被全国广大高职高专院校引入机电类专业综合实训项目教学之中。通过八届全国技能大赛的引领，以及各院校多年的教学实践，“自动化生产线安装与调试”作为高职高专院校机电类专业的一门综合性实训课程，正在日趋成熟。
为了满足在该综合实训课程教学中使用三菱FX系列PLC的院校需要，我们于2010年编写了《自动化生产线安装与调试（三菱FX系列）》（第一版），受到各院校师生的欢迎。各院校教师在教学实践中不断总结经验，在全国技能大赛的引领下，对教学目标、教学内容、教学方法和实训措施等都提出了许多有益的建议；随着技术的更新，作为教学载体的YL-335B自动化生产线也进行了相应升级，引进了新的功能和增添了新的实训项目。为此，编者对第一版进行了较全面的修订，在保持第一版格局的基础上，对内容进行了较大幅度的调整，并纠正了其中一些错漏之处。主要调整之处如下：（1）在设备安装和调试实训中，强调了规范化的操作和学生工作素质的培养；突出了对设备安装、调试方法的介绍和安装过程关键点的分析。（2）鉴于三菱的FX2N和FX1N系列PLC已经淘汰，被升级产品FX3U和FX3G系列所取代，YL-335B设备上控制器的配置也升级为FX3U系列。考虑到学生在前置课程中已学习了PLC基本知识、编程方法和技巧，第二版对FX3U系列PLC的新特点做了概括性的介绍，而对YL-335B设备升级后所使用的特殊功能适配器，则着重在安装、接线、编程要点方面做了较为详细的介绍。（3）在YL-335B各工作单元及自动化生产线的整体运行实训中，加强了编程的规范化训练，并对各项工作任务的示例程序做了详细的分析，使本书更具实用性。
本书由原亚龙科技集团电气总工程师张同苏任主编，江苏信息职业技术学院严惠、沙洲职业工学院李志梅、常州机电职业技术学院周斌和山东职业学院赵振参与编写。具体编写分工如下：张同苏编写项目一、项目六、项目八并负责全书统稿，严惠编写项目五并对书中各工作任务的PLC例程和人机界面组态文档进行了全面测试和验证，李志梅编写项目七并为本书各项目编写了PPT文档，周斌编写项目二、项目三，赵振编写项目四。本书在编写过程中得到了浙江亚龙教育装备股份有限公司领导的大力支持，郑巨上、陈钰生、蔡桂飞、赵振鲁等工程技术人员提供了YL-335B自动化生产线设备有关的技术数据和资料，并为书中附图制作、程序调试等做了大量的工作。主审程周以高度负责的态度，认真仔细地审阅了书稿，并提出了宝贵的意见，在此一并表示衷心的感谢！
限于编者的经验、水平以及时间限制，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请广大读者提出宝贵意见。
编 者2017年5月前言（第一版）
PREFACE
2008年全国职业院校技能大赛以后，围绕大赛如何引导高职教育教学改革方向、发挥示范辐射作用的问题，由“自动化生产线安装与调试”赛项技术策划和竞赛项目裁判长吕景泉教授牵头，组建了校企人员相结合的教学资源开发团队，以技能大赛指定设备“亚龙YL-335A自动化生产线”为载体，针对其安装、调试、运行等过程中应知、应会的核心技术进行了基于工作过程的教材体系开发。在中国铁道出版社的支持下，于当年12月出版了《自动化生产线安装与调试》一书。
与此同时，教育部高职高专自动化技术类教学指导委员会继续组织相关院校专家与行业企业工程技术人员共同交流、细化工艺、进一步完善项目的教学载体。历经一年的努力工作，亚龙科技集团推出了YL-335A的升级产品——YL-335B自动生产线实训考核装置。校企人员围绕该实训设备，进一步完成了《自动化生产线安装与调试（第二版）》教材的编写工作，并成功开发了课程资源包（网址为www.gzhgzh.net）。
随着《自动化生产线安装与调试（第二版）》的正式发行以及在常州举行的2009年全国高职院校“自动化生产线安装与调试”技能大赛的圆满成功，“自动化生产线安装与调试”综合实训项目正日趋成熟，并不断被全国广大高职院校引入机电类专业综合实训项目教学之中。本书编写的目的，是为了满足在该综合实训项目教学中使用三菱FX系列PLC的院校需要，从而进一步充实和完善“自动化生产线安装与调试”的立体化综合实训教材。
本书在充分考虑YL-335B自动化生产线的供料、加工、装配、分拣和输送单元相关知识点和技能点的渐进性，以及单站实施教学独立性的基础上，按各工作单元单站工作和系统整体工作分为八个项目，根据工作任务的需要逐步深入地介绍典型自动化生产线的核心技术。
本书由亚龙科技集团组织编写，亚龙科技集团电气总工程师张同苏和广东省机电职业技术学院徐月华副教授担任主编，参加编写工作的还有浙江省温州职业技术学院苏绍兴副教授、亚龙科技集团徐鑫奇、陈钰生、冯显俊等工程技术人员。其中项目一、项目二由徐月华编写；项目三由苏绍兴编写；项目四至项目八由张同苏编写，全书由张同苏统稿。徐鑫奇、陈钰生、冯显俊、蔡桂飞等按照书中指定的工作任务进行了安装调试和编程，提供了程序清单和YL-335B自动化生产线设备有关的技术数据和资料，并为书中的附图制作做了大量工作。
吕景泉教授在百忙之中审阅了本书并提出了宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
由于编者的经验、水平有限，加之时间仓促，书中难免在内容和文字上存在不足和缺陷，敬请提出批评指正。
编 者2010年7月项目一认识与了解自动化生产线系统与技术
项目目标
①了解自动化生产线的功能、作用、特点及发展概况。
②了解YL-335B型自动化生产线的基本结构。一、了解现代自动化生产线
1.自动化生产线的概念
自动化生产线由自动执行装置（包括各种执行器件、机构，如电动机、电磁铁、电磁阀、气动及液压装置等），经各种检测装置（包括各种检测器件，如传感器、仪表等），检测各装置的工作进程、工作状态，经逻辑、数理运算及判断，按生产工艺要求的程序，自动进行生产作业的流水线。图1-1所示为一些自动化生产线的例子。
图1-1 自动化生产线的例子
自动化生产线不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及其工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间输送、工件的分拣甚至包装等都能自动地进行，使其按照规定的程序自动地进行工作。例如在图1-1（a）的笔记本式计算机组装线和图1-1（b）的组合音箱组装线中，为了使产品在不同工位进行组装，产品的输送和定位都是重要的环节。
简单地说，自动化生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序连接起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称“自动线”。
2.自动化生产线的发展概况
自动化生产线所涉及的技术领域是很广泛的，它的发展、完善是与各种相关技术的进步及互相渗透紧密相连的。各种技术的不断更新推动了它的迅速发展。
可编程逻辑控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，是专为工业环境下的应用而设计的控制器。它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置，广泛应用于自动化生产的控制系统中。
机器人技术由于微机的出现，内装的控制器被计算机代替而产生了工业机器人，以工业机械手最为普遍。各具特色的机器人和机械手在自动化生产中的装卸工件、定位夹紧、工件传输、包装等部分得到广泛使用。现在正在研制的新一代智能机器人不仅具有运动操作技能，而且还有视觉、听觉、触觉等感觉的辨别能力，具有判断、决策能力。这种机器人的研制成功，将把自动化生产带入一个全新的领域。
液压和气动技术，特别是气动技术，由于使用的是取之不尽的空气作为介质，具有传动反应快、动作迅速、气动元件制作容易、成本小和便于集中供应和长距离输送等优点，而引起人们的普遍重视。气动技术已经发展成为一个独立的技术领域。在各行业，特别是自动化生产线中得到迅速的发展和广泛的使用。
此外，传感技术随着材料科学的发展和固体效应的不断出现，形成了一个新型的科学技术领域。在应用上出现了带微处理器的“智能传感器”，它在自动化生产中监视着各种复杂的自动控制程序，起着极其重要的作用。
进入二十一世纪，自动化功能在计算机技术、网络通信技术和人工智能技术的推动下不断提高，从而能够生产出更加智能的控制设备，使工业生产过程有一定的自适应能力。所有这些支持自动化生产的相关技术的进一步发展，使得自动化生产技术功能更加齐全、完善、先进，从而能完成技术性更复杂的操作和生产或装配工艺更复杂的产品。二、认知YL-335B型自动化生产线
亚龙YL-335B型自动化生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元五个单元组成。其外观如图1-2所示。
图1-2 YL-335B型自动化生产线实训考核装备外观（一）认知YL-335B型自动化生产线的基本功能
YL-335B型自动化生产线的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS-485串行通信实现互连的分布式控制方式。典型的工作过程如图1-3所示。
图1-3 典型的工作过程
①供料单元按照需要将放置在料仓中的工件（原料）推出到出料台上，输送单元的机械手抓取推出的工件，输送到装配单元的装配台上。
②装配单元实现将其料仓内的金属、黑色或白色小圆柱芯件嵌入到装配台上的待装配工件中的功能。装配完成后，输送单元的机械手抓取已装配工件，输送到加工单元的加工台上。
③加工单元对工件进行压紧加工。工作过程为：夹紧加工台上的工件，使加工台移动到冲压机构下面完成冲压加工；然后加工台返回原位置，松开工件，等待输送单元的抓取机械手抓取后输送到分拣单元的进料口。
④分拣单元的变频器驱动传送带电动机运转，使成品工件在传送带上传送，在检测区获得工件的属性（颜色、材料等），进入分拣区后，完成不同属性的工件从不同料槽的分流。
⑤在上述工艺流程中，工件在各工作单元的转移，依靠输送单元实现。输送单元通过伺服装置驱动抓取机械手在直线导轨上运动，定位到指定单元的物料台处，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点放下，以实现传送工件的功能。
从生产线的控制过程来看，供料、装配和加工单元都属于对气动执行元件的逻辑控制；分拣单元则包括变频器驱动、运用PLC内置高速计数器检测工件位移的运动控制，以及通过传感器检测工件属性，实现分拣算法的逻辑控制；输送单元则着重于伺服系统快速、精确定位的运动控制。系统各工作单元的PLC之间的信息交换，通过RS-485网络实现，而系统运行的主令信号、各单元工作状态的监控，则由连接到系统主站的嵌入式人机界面实现。
由此可见，YL-335B充分体现了自动化生产线的综合性和系统性两大特点，涵盖了机电类专业所要求掌握的各门课程的基本知识点和技能点。利用YL-335B，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。（二）认知YL-335B型自动化生产线设备的电气控制
1.YL-335B的供电电源
YL-335B要求外部供电电源为三相五线制AC 380V/220V，图1-4为供电电源的一次回路原理图。图1-4中，总电源开关选用DZ47 LE-32/C32型三相四线漏电开关（3P+N结构形式）。系统各主要负载通过自动开关单独供电：其中，变频器电源通过DZ47 C16/3P三相自动开关供电；伺服装置和各工作单元PLC均采用DZ47 C5/2P单相自动开关供电。此外，系统配置四台DC 24V，6A开关稳压电源，分别用作供料和加工单元、装配单元、分拣单元，以及输送单元的直流电源。YL-335B供电电源的所有开关设备都安装在配电箱内，如图1-5所示。
图1-4 供电电源的一次回路原理图
注：图中QF1为DZ47 C16/3P；QF2～QF8为DZ47 C5/2P。
图1-5 配电箱设备安装图
1—总电源控制断路器；2—变频器电源开关；3—伺服电源开关；4—输送单元电源开关；5—供料单元交流电源开关；6—加工单元交流电源开关；7—供料、加工单元直流电源开关；8—装配单元电源开关；9—分拣单元电源开关；10—三相电源进线端子；11—工作单元电源端子
2.YL-335B电气控制的结构特点
特点1：从结构上来看，机械装置部分和电气控制部分相对分离。
YL-335B各工作单元在实训台上的分布俯视如图1-6所示。由图1-6可见，从整体来看，YL-335B设备的机械装置部分和电气控制部分是相对分离的。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置、按钮/指示灯模块则安装在工作台两侧的抽屉板上。
图1-6 YL-335B各工作单元在实训台上的分布俯视图
工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换的方法是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。图1-7和图1-8分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。
图1-7 装置侧的接线端口
图1-8 PLC侧的接线端口
装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，分为左右两部分：传感器端口和驱动端口。传感器端口的上层端子用以连接各传感器的直流电源正极端，而驱动端口的上层端子用以连接DC 24V电源的+24V端。两个端口的底层端子均用以连接DC 24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。为了防止在实训过程中，误将传感器信号线接到+24V端而损坏传感器，传感器端口各上层端子均在接线端口内部用510Ω限流电阻连接到+24V电源端。也就是说，传感器端口各上层端子提供给传感器的电源是有内阻的非稳压电源，这一点在进行电气接线时必须注意。
装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过两根专用电缆连接。其中，25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。
特点2：每一工作单元都可自成一个独立的系统。
YL-335B每一工作单元的工作都由一台PLC控制，从而可自成一个独立的系统。独立工作时，其运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮/指示灯模块。该模块外观如图1-9所示。模块上指示灯和按钮的引出线全部连到接线端子排上。
图1-9 按钮/指示灯模块外观
机械装置部分和电气控制部分相对分离，以及工作单元工作的独立性，加强了系统的灵活性，并使得各工作单元均可单独成系统运行。
工作单元单独运行的实训项目有利于实施从简单到复杂，逐步深化、循序渐进的教学过程，可以根据各工作单元所涵盖的不同知识点、技能点，有针对性地选择实训内容进行教学实施。
3.YL-335B设备中的可编程控制器
大多数类型的小型PLC（国际主流品牌或国产品牌）都能满足YL-335B自动化生产线的控制要求。根据目前国内小型PLC的市场格局，以及各院校PLC教学所采用的主流机型，YL-335B设备的标准配置以西门子S7-200系列和三菱FX系列PLC为主。本书仅介绍采用三菱FX系列PLC的YL-335B设备。
早期采用三菱FX系列PLC的YL-335B设备，选型为FX2N和FX1N系列。目前这两个系列的产品已经淘汰，被升级产品FX3U和FX3G系列所取代，YL-335B设备上的配置也升级为FX3U系列。
三菱FX3U系列PLC是三菱公司开发的第三代小型PLC，它是目前三菱公司小型PLC中CPU性能最高、适用于网络控制的小型PLC系列产品，在运算速度、I/O点及存储器容量、高速计数与定位功能、通信功能、模拟量控制功能等方面的性能指标都远优于FX2N、FX1N系列。FX3U系列PLC的基本功能兼容了FX2N系列的全部功能，其基本指令和应用指令实现了与三菱第二代FX2N系列PLC相比4倍以上的高速化。此外，FX3U系列PLC具有丰富的扩展能力，包括：
①可从基本单元右侧的扩展接口连接FX2N输入/输出扩展单元或模块和FX2N/0N特殊功能模块；
②可使用功能扩展板，既可节省费用又可简单地对通信端口进行扩展；
③功能扩展板可以和特殊适配器同时使用，从基本单元的左侧实现功能扩展。
图1-10列出了FX3U系列PLC的各种扩展设备。采用FX3U作控制器的YL-335B设备，使用了通信、模拟量适配器，通信功能扩展板等多种扩展设备。各工作单元的FX3U基本单元及其扩展设备的配置如表1-1所示，这些设备的使用、编程和调试，将在相应项目中详细介绍（模拟量特殊适配器将在项目六中介绍，通信功能扩展板和通信用特殊适配器将在项目八中介绍）。
图1-10 FX3U系列PLC的各种扩展设备
表1-1 各工作单元的FX3U基本单元及其扩展设备的配置
4.YL-335B设备的网络结构
PLC的现代应用已从独立单机控制向数台连成的网络发展，也就是把PLC和计算机以及其他智能装置通过传输介质连接起来，以实现迅速、准确、及时的数据通信，从而构成功能更强、性能更好的自动控制系统。
掌握安装和调试PLC通信网络的基本技能，是进一步掌握组建更为复杂的、功能强大的PLC工业网络（例如各种现场总线、工业以太网等通信网络）的基础，是自动化生产线安装与调试综合实训的一项重要的内容。
YL-335B各工作单元在联机运行时通过网络互连构成一个分布式的控制系统。对于采用三菱FX系列PLC的设备，YL-335B的标准配置采用了基于RS-485串行通信的N∶N通信方式，提供了一个对基本的PLC通信网络的安装连接和组态的实训平台。
有关串行通信的基本概念、通信协议、接口标准，三菱FX系列PLC的通信模块的特性和应用等相关知识点，以及在YL-335B上的串行通信网络组态实训将在项目八中进一步介绍。
5.触摸屏及嵌入式组态软件
YL-335B系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）一般是通过触摸屏人机界面给出的。同时，人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。
人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松地操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本，同时由于面板控制的小型化及高性能，相对提高了整套设备的附加价值。
YL-335B采用了昆仑通态（MCGS）TPC7062K触摸屏作为它的人机界面。TPC7062K是一款以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了7英寸（1英寸=2.54cm）高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480像素），四线电阻式触摸屏（分辨率4096×4096像素），同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.NET（中文版）。
运行在TPC7062K触摸屏上的各种控制界面，需要首先用运行于PC Windows操作系统下的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC和触摸屏的USB口或者网口，把组建好的“工程文件”下载到人机界面中运行，与生产设备的控制器（PLC等）不断交换信息，实现监控功能。人机界面的组态与运行过程的示意图如图1-11所示。
昆仑通态公司专门开发的用于mcgsTPC的MCGS嵌入版组态软件，其组态环境和运行环境是分开的，在组态环境下组态好的工程要下载到嵌入式系统中运行。
MCGS嵌入版组态软件具有模拟运行功能，用户在模拟环境中就可以查看组态的界面美观性、功能的实现情况以及性能的合理性，从而解决了用户组态的调试中，必须将PC与触摸屏嵌入式系统相连的问题。因此，MCGS嵌入式体系结构分为组态环境、模拟运行环境和运行环境三部分。
MCGS嵌入版组态软件须首先安装到计算机上才能使用，具体安装步骤请参阅《MCGS嵌入版组态软件说明书》。安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如图1-12所示的两个快捷方式图标，分别用于启动MCGS嵌入式组态环境和模拟环境。
图1-11 人机界面的组态与运行过程的示意图
图1-12 组态环境和模拟环境图标
MCGS嵌入式组态软件、TPC7062K触摸屏的使用、人机界面的组态方法，将在项目六中介绍。（三）了解气源及气源处理装置
YL-335B设备上实现各种控制的重要手段之一是采用气动技术，即以压缩空气作为动力源，进行能量传递或信号传递的工程技术。气动技术在工业生产中应用十分广泛。YL-335B设备的各工作单元上安装了许多气动器件，可归纳为气源及气源处理器、控制元件、执行元件、辅助元件。这里仅对气源及气源处理器的工作原理进行简单介绍，着重于介绍它们的使用方法。气动控制、执行以及辅助元件等将在后面各项目中逐步介绍。
1.气源装置
气源装置是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及存储的一套装置。自动化生产线常常使用气泵作为气源装置。YL-335B设备配置的是小型气泵，其主要器件如图1-13所示。图1-13中，空气压缩机实现把电能转变为气压能，所产生的压缩空气用储气罐先储存起来，再通过气源开关控制输出，这样可减少输出气流的压力脉动，使输出气流具有流量连续性和气压稳定性；储气罐内的压力用压力表显示，压力控制则由压力开关实现，即在设定的最高压力停止电动机，在设定的最低压力重新激活电动机；当压力超过允许限度时，则用过载安全保护器将压缩空气排出；输出的压缩空气的净化由主管道过滤器实现，其功能是清除主要管道内灰尘、水分和油分。
图1-13 小型气泵上的主要器件
1—空气压缩机；2—压力开关；3—过载安全保护器；4—储气罐；5—气源开关；6—压力表；7—主管道过滤器
2.气源处理器
从空气压缩机输出的压缩空气中，仍然含有大量的水分、油分和粉尘等污染物。质量不良的压缩空气是气动系统出现故障的最主要因素，它会使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低。因此，压缩空气进入气动系统前应进行二次过滤，以便滤除压缩空气中的水分、油分以及杂质，以达到启动系统所需要的净化程度。
为确保系统压力的稳定性，减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤，进行空气过滤后，应调节或控制气压的变化，并保持降压后的压力值固定在需要的值上。实现方法是使用减压阀调定。
气压系统的机体运动部件需进行润滑。对不方便加润滑油的部件进行润滑，可以采用油雾器，它是气压系统中一种特殊的注油装置，其作用是把润滑油雾化后，经压缩空气携带进入系统需要润滑油的部位，满足润滑的需要。
工业上的气动系统，常常使用组合起来的气动三联件作为气源处理装置。气动三联件是指空气过滤器、减压阀和油雾器。各元件之间采用模块式组合的方式连接，如图1-14所示。这种方式安装简单，密封性好，易于实现标准化、系列化，可缩小外形尺寸，节省空间和配管，便于维修和集中管理。
图1-14 气动三联件
有些品牌的电磁阀和气缸能够实现无油润滑（靠润滑脂实现润滑功能），便不需要使用油雾器。这时只需要把空气过滤器和减压阀组合在一起，称为气动二联件。YL-335B的所有气缸都是无油润滑气缸。
3.YL-335B的气源处理组件
YL-335B的气源处理组件使用空气过滤器和减压阀组合在一起的气动二联件结构，组件实物及其回路原理图分别如图1-15（a）和图1-15（b）所示。
图1-15 YL-335B的气源处理组件
图1-15中，气源处理组件的输入气源来自空气压缩机，所提供的压力要求为0.6～1.0MPa。组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源。当把气路开关向左拔出时，气路接通气源；反之，把气路开关向右推入时，气路关闭。组件的输出压力为0～0.8MPa可调。
输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。进行压力调节时，在转动旋钮前请先拉起再旋转，压下旋钮为定位；旋钮向右旋转为调高出口压力；旋钮向左旋转为调低出口压力。调节压力时应逐步均匀地调至所需压力值，不应一步调节到位。
本组件的空气过滤器采用手动排水方式。手动排水时当水位达到滤芯下方水平之前必须排出。因此，在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。项目小结
①自动化生产线的最大特点是它的综合性和系统性。综合性是指机械技术、电工电子技术、传感器技术、PLC控制技术、接口和驱动技术、网络通信技术、触摸屏组态编程等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性是指自动化生产线的传感检测、传输与处理、控制与驱动等机构在PLC的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。
②YL-335B实训设备是一条高仿真度的柔性化自动化生产线，它既体现了自动化生产线的主要特点，同时又整合了教学功能。例如，系统可进行整体的联机运行实训，也可独立地进行单站实训；相关知识点和技能点由浅入深，循序渐进等。
③本项目作为全书的开篇，对YL-335B实训设备的基本功能，构成系统的PLC控制器、监控器（触摸屏）和通信网络做了概括性的介绍，并对供电电源、气源及气源处理器等设备通用部分，做了必要的说明。为各工作单元，以及总体运行的实训打下了初步基础。思考题
通过参观有关企业，观察YL-335B设备的结构和运行过程，比较YL-335B实训设备与工业实际的自动化生产线的异同点。项目二供料单元的安装与调试
项目目标
①掌握直线气缸、单电控电磁阀等基本气动元件的功能、特性，并能构成基本的气动系统，连接和调整气路。
②掌握自动化生产线中磁性开关、光电接近开关、电感式接近开关等传感器结构、特点及电气接口特性，能进行各传感器在自动化生产线中的安装与调试。
③掌握用步进指令编写单序列顺控程序的方法。
④能在规定时间内完成供料单元的安装与调整，进行控制程序设计和调试，并能解决安装与运行过程中出现的常见问题。项目准备一认知供料单元的结构和工作过程
供料单元的功能是根据需要将放置在料仓中的工件（原料）自动地推出到出料台上，以便输送单元的机械手将其抓取并输送到其他单元上。供料单元由安装在工作台面的装置侧部分和安装在抽屉内的PLC侧部分组成。其装置侧部分的结构如图2-1所示。
图2-1 供料单元装置侧部分的结构
以功能划分，供料单元装置侧的结构主要是工件存储装置和推料机构组件两部分。安装在支撑架上的管形料仓、欠缺料检测组件和电感式接近开关构成工件存储装置。推料机构组件由顶料气缸、推料气缸和气缸安装板组成，推料组件也固定在支撑架上，并置于管形料仓背面。
图2-2为供料操作示意图。供料工作过程如下：工件垂直叠放在料仓中，推料气缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到出料台上时，首先使顶料气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到出料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。
图2-2 供料操作示意图
在底座和管形料仓第四层工件位置，分别安装一个漫射式光电接近开关（见图2-1）作为检测传感器。它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。若该部分机构内没有工件，则处于底层和第四层位置的两个漫射式光电接近开关均动作；若仅在底层起有三个工件，则底层处光电接近开关处于常态而第四层处光电接近开关动作，表明工件已经快用完了。这样，料仓中有无储料或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关的信号状态反映出来。
推料气缸把工件推出到出料台上。出料台面开有小孔，出料台下面设有一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供本单元出料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。项目准备二相关知识点一、供料单元的气动元件
1.标准气缸
标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。
在气缸运动的两个方向上，根据受气压控制的方向个数的不同，可分为单作用气缸和双作用气缸。
单作用气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回），而另一端靠弹簧力、自重或其他外力等使活塞杆恢复到初始位置。单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。
根据复位弹簧位置将作用气缸分为预缩型气缸和预伸型气缸，如图2-3所示。当弹簧装在有杆腔内时，由于弹簧的作用力而使气缸活塞杆初始位置处于缩回位置，这种气缸称为预缩型气缸；当弹簧装在无杆腔内时，气缸活塞杆初始位置为伸出位置，这种气缸称为预伸型气缸。
图2-3 单作用气缸工作示意图及图形符号
双作用气缸是应用最为广泛的气缸，其动作原理是：从无杆腔端的气口输入压缩空气时，若气压作用在活塞左端面上的力克服了运动摩擦力、负载等各种反作用力，则当活塞前进时，有杆腔内的空气经该端的气口排出，使活塞杆伸出（见图2-4）。同样，当有杆腔端的气口输入压缩空气时，活塞杆缩回至初始位置。通过无杆腔和有杆腔交替进气和排气，活塞杆伸出和缩回，实现气缸的往复直线运动。
图2-4 双作用气缸工作示意图及图形符号
双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。
为了使气缸的动作平稳可靠，应对气缸的运动速度加以控制，常用的方法是使用单向节流阀来实现。
单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，所以又称速度控制阀。单向阀的功能是靠单向密封圈来实现的。图2-5为一种单向节流阀及其工作示意图。当空气从气缸排气口排出时，单向密封圈在封堵状态，单向阀关闭，这时只能通过调节手轮，使节流阀杆上下移动，改变气流开度，从而达到节流作用；反之，在进气时，单向密封圈被气流冲开，单向阀开启，压缩空气直接进入气缸进气口，节流阀不起作用。因此，这种节流方式称为排气节流方式。
图2-5 单向节流阀及其工作示意图
图2-6为单向节流阀连接和调整原理示意图。当压缩空气从A端进气、B端排气时，单向节流阀A的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气；由于单向节流阀B的单向阀关闭，有杆腔的气体只能经节流阀排气，调节单向节流阀B的开度，便可改变气缸伸出时的运动速度；反之，调节单向节流阀A的开度则可改变气缸缩回时的运动速度。这种控制方式，活塞运行稳定，是最常用的方式。
图2-6 单向节流阀连接和调整原理示意图
单向节流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用十分方便。图2-7所示为安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。
图2-7 安装上气缸节流阀的气缸外观
2.单电控电磁换向阀、电磁阀组
如前所述，顶料或推料气缸，其活塞的运动是依靠向气缸一端进气，并从另一端排气，再反过来，从另一端进气，一端排气来实现的。气体流动方向的改变则由能改变气体流动方向或通断的控制阀即方向控制阀加以控制。在自动控制中，方向控制阀常采用电磁控制方式实现方向控制，称为电磁换向阀。
电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换，达到改变气流方向的目的。图2-8为单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意图及图形符号。
图2-8 单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意图及图形符号
所谓“位”指的是为了改变气体方向，阀芯相对于阀体所具有的不同的工作位置。“通”的含义则指换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。图2-8中，只有两个工作位置，既入口P、出口A和排气口R，其中入口P提供进气气流，出口A输出工作气流，故为二位三通阀。
图2-9所示分别为二位三通、二位四通和二位五通单电控电磁换向阀的图形符号，图形中有几个方格就是几位，方格中的“┯”和“┷”符号表示各接口互不相通。
图2-9 部分单电控电磁换向阀的图形符号
YL-335B所有工作单元的执行气缸都是双作用气缸，控制它们工作的电磁阀需要有两个工作口和两个排气口以及一个供气口，故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。
供料单元用了两个二位五通的单电控电磁阀。这两个电磁阀带有手动换向和加锁钮，有锁定（LOCK）和开启（PUSH）两个位置。用小螺丝刀把加锁钮旋到在LOCK位置时，手控开关向下凹进去，不能进行手控操作；只有在PUSH位置，可用工具向下按，信号为“1”，等同于该侧的电磁信号为“1”。常态时，手控开关的信号为“0”。在进行设备调试时，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料气缸等执行机构的控制，达到调试的目的。
两个电磁阀是集中安装在汇流板上的。汇流板中两个排气口末端均连接了消声器，消声器的作用是减少压缩空气在向大气排放时的噪声。这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组，而每个阀的功能是彼此独立的。电磁阀组的结构如图2-10所示。
图2-10 电磁阀组
3.气动控制回路
能传输压缩空气的，并使各种气动元件按照一定的规律动作的通道即为气动控制回路。气动控制回路的控制逻辑功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图2-11所示。图2-11中1A和2A分别为顶料气缸和推料气缸。1B1和1B2为安装在顶料气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y和2Y分别为控制顶料气缸和推料气缸的电磁阀的电磁控制端。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。
图2-11 供料单元气动控制回路工作原理图二、认知有关传感器（接近开关）
YL-335B各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应的开关信号。因此，接近传感器通常又称接近开关。
接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等。YL-335B所使用的是磁感应式接近开关（又称磁性开关）、电感式接近开关、漫射式光电接近开关和光纤型光电传感器等。这里只介绍磁性开关、电感式接近开关和漫射式光电接近开关，光纤型光电传感器留待在装配单元实训项目中介绍。
1.磁性开关
磁性开关是一种非接触式的位置检测开关，具有检测时不会磨损和损伤检测对象的优点，常用于检测磁场或磁性物质的存在。
图2-12是带磁性开关的气缸活塞位置检测原理图。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场，在气缸外侧某一位置安装上磁性开关，当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中，就可以利用该信号判断气缸活塞的运动状态或所处的位置。
图2-12 带磁性开关的气缸活塞位置检测原理图
1—动作指示灯；2—保护电路；3—开关外壳；4—导线；5—活塞；6—磁环（永久磁铁）；7—缸筒；8—舌簧开关
磁性开关的内部电路如图2-13中点画线框内所示。电路中的发光二极管用于显示传感器的信号状态，供调试与运行监视时观察。磁性开关动作时（舌簧开关接通），电流流过发光二极管，输出信号“1”，发光二极管亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，发光二极管不亮。注意，由于发光二极管的单向导电性能，磁性开关使用棕色
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]